- 气体等温变化的P-V图象
- 共285题
现有下列实验器材:毫米刻度的直尺(长约30cm)一根,内径为2-3mm的粗细均匀的直玻璃管一根(玻璃管内有一段长8-10cm的水银柱封闭一段长约12-15mm的空气柱),量角器,温度计,带有重锤线的铁支架.请用上述器材设计一个用图象法处理数据的测定实验室内大气压强的实验方案:
(1)实验原理______.
(2)请在右边的方框内画出实验装置简图
(3)实验步骤______.
(4)测量的物理量______
(5)请简述你是如何用图象法处理数据的______.
正确答案
解:(1)实验原理:如下图中甲所示,设玻璃管内封闭空气柱长度为L,压强为p,根据玻意耳定律有pL=c(常量).
设大气压强为p0,水银柱产生的压强为p′,则p=p0+p′,代入上式可得
设水银柱长度为L‘,则p'=L'cosa.取若干个不同的a值,测出相应的空气柱长度,虽然c是未知量,不能直接计算出p0,但可采用图象法,作出图象,图线的截距即为所求的大气压强
(2)请在右边的方框内画出实验装置简图
(3)实验步骤:①组装实验器材(如图甲);
②将玻璃管倾斜放置,用量角器测出玻璃与垂錘线的夹角a1,用直尺测出封闭空气柱长度L1;
③多次改变玻璃管的倾角.
(4)测量物理量:分别测量和记录相就范的夹角a2、a3…和空气长度L2、L3
(5)数据处理方法:根据上述测量数据计算出相应的水银柱产生的压强p1=Lcosα1、p2=Lcosα2、
p3=Lcosα3….以p'主纵轴,为横轴,建立直角坐标系,根据记录的数据描点作图(如图乙),图线的截距就是所求的大气压强p.
故答案为:(1)设玻璃管内封闭空气柱长度为L,压强为p,根据玻意耳定律有pL=c(常量).
设大气压强为p0,水银柱产生的压强为p′,则p=p0+p′,代入上式可得
设水银柱长度为L',则p'=L'cosa.取若干个不同的a值,测出相应的空气柱长度,
虽然c是未知量,不能直接计算出p0,但可采用图象法,作出图象,图线的截距即为所求的大气压强
(2)如图
(3):①组装实验器材(如图甲);
②将玻璃管倾斜放置,用量角器测出玻璃与垂錘线的夹角a1,用直尺测出封闭空气柱长度L1;
③多次改变玻璃管的倾角.
(4)分别测量和记录相就范的夹角a2、a3…和空气长度L2、L3
(5)根据上述测量数据计算出相应的水银柱产生的压强p1=Lcosα1、p2=Lcosα2、p3=Lcosα3….以p'主纵轴,为横轴,建立直角坐标系,根据记录的数据描点作图(如图乙),图线的截距就是所求的大气压强p.
解析
解:(1)实验原理:如下图中甲所示,设玻璃管内封闭空气柱长度为L,压强为p,根据玻意耳定律有pL=c(常量).
设大气压强为p0,水银柱产生的压强为p′,则p=p0+p′,代入上式可得
设水银柱长度为L‘,则p'=L'cosa.取若干个不同的a值,测出相应的空气柱长度,虽然c是未知量,不能直接计算出p0,但可采用图象法,作出图象,图线的截距即为所求的大气压强
(2)请在右边的方框内画出实验装置简图
(3)实验步骤:①组装实验器材(如图甲);
②将玻璃管倾斜放置,用量角器测出玻璃与垂錘线的夹角a1,用直尺测出封闭空气柱长度L1;
③多次改变玻璃管的倾角.
(4)测量物理量:分别测量和记录相就范的夹角a2、a3…和空气长度L2、L3
(5)数据处理方法:根据上述测量数据计算出相应的水银柱产生的压强p1=Lcosα1、p2=Lcosα2、
p3=Lcosα3….以p'主纵轴,为横轴,建立直角坐标系,根据记录的数据描点作图(如图乙),图线的截距就是所求的大气压强p.
故答案为:(1)设玻璃管内封闭空气柱长度为L,压强为p,根据玻意耳定律有pL=c(常量).
设大气压强为p0,水银柱产生的压强为p′,则p=p0+p′,代入上式可得
设水银柱长度为L',则p'=L'cosa.取若干个不同的a值,测出相应的空气柱长度,
虽然c是未知量,不能直接计算出p0,但可采用图象法,作出图象,图线的截距即为所求的大气压强
(2)如图
(3):①组装实验器材(如图甲);
②将玻璃管倾斜放置,用量角器测出玻璃与垂錘线的夹角a1,用直尺测出封闭空气柱长度L1;
③多次改变玻璃管的倾角.
(4)分别测量和记录相就范的夹角a2、a3…和空气长度L2、L3
(5)根据上述测量数据计算出相应的水银柱产生的压强p1=Lcosα1、p2=Lcosα2、p3=Lcosα3….以p'主纵轴,为横轴,建立直角坐标系,根据记录的数据描点作图(如图乙),图线的截距就是所求的大气压强p.
如图所示,一端封闭的均匀玻璃管长H=60cm,开口端竖直向上,用水银封住一定量的空气,水银柱长h=19cm,空气柱长L1=20cm,初始温度为t1=27℃.(已知大气压强为76cmHg)求:
(1)初始玻璃管内封闭气体压强p1.
(2)将玻璃管缓缓顺时针转90°,直至玻璃管水平时,空气柱长度L2.
(3)保持玻璃管水平,对气体缓慢加热,则温度至少升高至多少摄氏度时水银全部从管中溢出.
正确答案
解:(1)p1=(76+19)cmHg=95cmHg
(2)等温过程:p1V1=p2V2
95×20=76×L2
L2=25cm
(3)等压过程
T3=720K
即t3=447°C
答:(1)初始玻璃管内封闭气体压强95cmHg.
(2)将玻璃管缓缓顺时针转90°,直至玻璃管水平时,空气柱长度25cm.
(3)保持玻璃管水平,对气体缓慢加热,则温度至少升高至447°C时水银全部从管中溢出.
解析
解:(1)p1=(76+19)cmHg=95cmHg
(2)等温过程:p1V1=p2V2
95×20=76×L2
L2=25cm
(3)等压过程
T3=720K
即t3=447°C
答:(1)初始玻璃管内封闭气体压强95cmHg.
(2)将玻璃管缓缓顺时针转90°,直至玻璃管水平时,空气柱长度25cm.
(3)保持玻璃管水平,对气体缓慢加热,则温度至少升高至447°C时水银全部从管中溢出.
[物理--选修3-3]
(1)人类对物质属性的认识是从宏观到微观不断深入的过程.以下说法正确的是______.(填入正确选项前的字母)
A.液晶的分子势能与体积有关
B.空气的相对湿度定义为水的饱和蒸汽压与同温度时空气中所含水蒸气的压强之比
C.露珠呈球状是由于液体表面张力的作用
D.单晶体和多晶体有固定的熔点,非晶体没有固定的熔点
E.金刚石、食盐、玻璃都是晶体
(2)一足够高的内壁光滑的导热气缸开口向上,竖直浸放在盛有冰水混合物的水槽中,用不计质量的活塞封闭了一定质量的理想气体,如图1所示.开始时气体的体积为2.0×10-3m3,现缓慢地在活塞上倒上一定量的细沙,最后活塞静止时气体的体积恰好变为原来的一半;然后将气缸移出水槽,缓慢加热,使气体温度变为400K.(大气压强为1.0×105Pa)
①求气缸内气体的最终体积;
②在图2的p-V图上画出整个过程中气缸内气体的状态变化,并用箭头在图线上标出状态变化的方向.
正确答案
解:(1)A、液体分子之间的距离不同,液体分子之间的分子力大小就不同,所以分子势能就不同,所以液晶的分子势能与体积有关,故A正确;
B、相对湿度,指空气中水汽压与饱和水汽压的百分比,故B错误;
C、由于液体表面张力的作用使液体的表面积收缩,是露珠呈球形.故C正确;
D、单晶体的物理性质具有各向异性,而多晶体的物理性质具有各向同性.故D正确;
E、金刚石、食盐是晶体,而玻璃是非晶体,故E错误.
故选:ACD
(2)缓慢地在活塞上倒上一定量的细沙过程,气缸内气体为等温变化:p1=1.0×105Pa V1=2.0×10-3m3 T1=273K
p2=?V2=1.0×10-3m3 T2=273K
由P1V1=P2V2代入数据得:P2=2.0×105Pa
气缸移出水槽缓慢加热,气缸内气体为等压变化:
由代入数据得:V3=1.5×10-3m3
故答案为:1.5×10-3 m3
解析
解:(1)A、液体分子之间的距离不同,液体分子之间的分子力大小就不同,所以分子势能就不同,所以液晶的分子势能与体积有关,故A正确;
B、相对湿度,指空气中水汽压与饱和水汽压的百分比,故B错误;
C、由于液体表面张力的作用使液体的表面积收缩,是露珠呈球形.故C正确;
D、单晶体的物理性质具有各向异性,而多晶体的物理性质具有各向同性.故D正确;
E、金刚石、食盐是晶体,而玻璃是非晶体,故E错误.
故选:ACD
(2)缓慢地在活塞上倒上一定量的细沙过程,气缸内气体为等温变化:p1=1.0×105Pa V1=2.0×10-3m3 T1=273K
p2=?V2=1.0×10-3m3 T2=273K
由P1V1=P2V2代入数据得:P2=2.0×105Pa
气缸移出水槽缓慢加热,气缸内气体为等压变化:
由代入数据得:V3=1.5×10-3m3
故答案为:1.5×10-3 m3
如图所示在验证玻意耳定律的实验中:
(1)注射器的容积为V,用刻度尺测得全部刻度长为L,则活塞的横截面积可表示为______
(2)测得活塞和框架的总质量是M,大气压强为P0,当注射器内气体处于某状态时,在框架左右两侧对称挂两个砝码,每个砝码质量为m,不计活塞与注射器管壁间摩擦,则稳定后注射器内气体的压强可表示为P0+______.
(3)如图中是甲、乙两同学在一次实验中得到的P-图.若两人实验时操作均正确无误,且选取坐标标度相同,那么两图线斜率不同的主要原因是______.
正确答案
解:(1)注射器可看做圆柱体,由V=SL得,S= ①
(2)装置达到稳定状态后,设气体压强为p,由平衡条件知,
p0S+(M+2m)g=pS ②
由①②可得,p=p0+
(3)图线的斜率k==PV,根据克拉柏龙方程PV=nRT知,当n(指气体的物质的量)相同时,即使T相同,k也不同;同样,即使T相同,若n取值不同,图线斜率也不同.所以图线斜率不同的主要原因是:研究气体质量不同(或同质量气体在不同温度下研究)
故答案为:(1)V(2)P0+
(3)研究气体质量不同(或同质量气体在不同温度下研究)
解析
解:(1)注射器可看做圆柱体,由V=SL得,S= ①
(2)装置达到稳定状态后,设气体压强为p,由平衡条件知,
p0S+(M+2m)g=pS ②
由①②可得,p=p0+
(3)图线的斜率k==PV,根据克拉柏龙方程PV=nRT知,当n(指气体的物质的量)相同时,即使T相同,k也不同;同样,即使T相同,若n取值不同,图线斜率也不同.所以图线斜率不同的主要原因是:研究气体质量不同(或同质量气体在不同温度下研究)
故答案为:(1)V(2)P0+
(3)研究气体质量不同(或同质量气体在不同温度下研究)
用DIS研究一定质量气体在温度不变时,压强与体积关系的实验装置如图1所示,实验步骤如下:
①把注射器活塞移至注射器中间位置,将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接;
②移动活塞,记录注射器的刻度值V,同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p;
③用V-1/p图象处理实验数据,得到如图2所示图线.
(1)为了保持封闭气体的质量不变,实验中采取的主要措施是______.
(2)为了保持封闭气体的温度不变,实验中采取的主要措施是______和______.
(3)如果实验操作规范正确,但如图所示的V-图线不过原点,则代表______.
正确答案
解:(1)为了保持封闭气体的质量不变,实验中采取的主要措施是在注射器活塞上涂润滑油.这样可以保持气密性.
(2)为了保持封闭气体的温度不变,实验中采取的主要措施是移动活塞要缓慢;不能用手握住注射器封闭气体部分.这样能保证装置与外界温度一样.
(3)体积读数值比实际值大V0 .根据P(V+V0)=C,C为定值,则V=-V0 .如果实验操作规范正确,但如图所示的V-
图线不过原点,则V0代表注射器与压强传感器连接部位的气体体积.
故答案为:(1)在注射器活塞上涂润滑油
(2)移动活塞要缓慢;不能用手握住注射器封闭气体部分.
(3)注射器与压强传感器连接部位的气体体积
解析
解:(1)为了保持封闭气体的质量不变,实验中采取的主要措施是在注射器活塞上涂润滑油.这样可以保持气密性.
(2)为了保持封闭气体的温度不变,实验中采取的主要措施是移动活塞要缓慢;不能用手握住注射器封闭气体部分.这样能保证装置与外界温度一样.
(3)体积读数值比实际值大V0 .根据P(V+V0)=C,C为定值,则V=-V0 .如果实验操作规范正确,但如图所示的V-
图线不过原点,则V0代表注射器与压强传感器连接部位的气体体积.
故答案为:(1)在注射器活塞上涂润滑油
(2)移动活塞要缓慢;不能用手握住注射器封闭气体部分.
(3)注射器与压强传感器连接部位的气体体积
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